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高压直流输电系统单极大地运行时地中电流分布的研究

刘曲  
【摘要】: 直流输电系统单极大地运行时,土壤和交流电力系统构成一个大范围的直流通路网络,从大地返回的电流流过变压器中性点将使变压器出现直流偏磁,影响变压器的正常运行。本文针对核电站变压器受直流偏磁的问题,研究了直流电流的分布特性、垂直接地极的电位分布和变压器承受直流能力等内容。 本文利用土壤水平分层和垂直分层的格林函数,推导出包括水平和垂直分层的复合土壤结构中地表电位的解析公式。考虑海洋影响的直流输电大地运行时变压器中性点流过的直流电流与陆地土壤模型计算的结果有很大不同。海洋对大地电位的分布有影响,靠近海洋层的地表电位受到海洋的影响将下降至接近零电位。根据500kV电网实际模型,在复合土壤模型下对直流电流的分布进行仿真计算,结果表明处于距离接地极较远、靠近海边的厂站变压器中性点会流过较大的直流电流。这是由于海洋造成电站电位降低,导致进入交流电网中的直流电流较多地从低电位的厂站流出交流系统。交流电网的拓扑结构造成处于相同地理位置的变电站主变中性点流过的直流电流并不相同。仿真结果和实测值相符合,很好地解释了岭澳、大亚湾核电站变压器中性点流过较大直流电流的现象。 本文分析和研究了深层垂直接地极的电位分布的情况,推导了跨越多层土壤的垂直接地极产生电位的解析公式。计算结果表明深埋接地极对接地极附近的电位影响很大,对远方电位的影响不大,难以改变地中电流的分布。提出了近海接地极的措施,利用海洋介质的特性降低远方电位,抬高靠近海边的陆地电位,可以缓解直流电流流入交流系统带来的问题。 详细分析了变压器直流偏磁的原因和变压器承受直流偏磁能力的影响因素。根据一个单相双绕组变压器模型仿真分析了变压器在交流过励磁和直流偏磁两种情况下励磁电流的变化情况。以励磁电流峰值作为表征,提出一种根据变压器承受的过电压倍数来估算变压器可以承受直流能力的方法。


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